Homing-Endonuklease

Eine Homing-Endonuklease bezeichnet eine Endonuklease mit einer asymmetrischen Erkennungssequenz. Homing-Endonukleasen kommen meistens in mobilen genetischen Elementen wie einigen selbstspleißenden Introns (aus Gruppe I oder II) oder manchen Inteinen vor und dienen dort zur Einleitung der Insertion ihres mobilen genetischen Elements. Daher gehören ihre Gene zu den eigennützigen DNA.

Homing-Endonuklease (Homodimer) auf einem DNA-Doppelstrang

Eigenschaften

Mobile genetische Elemente mit Homing-Endonukleasen treten in verschiedenen Reichen auf, z. B. bei Bakteriophagen, Bakterien, Archaeen, Protisten und eukaryotischen Zellorganellen. Die Homing-Endonukleasen erfüllen dabei Funktionen wie DNA-Abbau, Restriktionsenzyme, DNA-Reparaturenzyme, Intron-Spleißfaktoren und Transkriptionsfaktoren.[1] Homing-Endonukleasen können sich durch sequenzspezifisch induzierte DNA-Doppelstrangbrüche und eine nachfolgend einsetzende DNA-Reparatur selektiv in ein Allel einfügen lassen, in dem sich bisher kein mobiles genetisches Element mit Homing-Endonuklease befindet. Daher stammt die Bezeichnung homing (engl. für ‚Zielsuche‘, ‚Heimfindeverhalten‘).

Im Gegensatz zu Restriktionsenzymen vom Typ II erkennen Homing-Endonukleasen längere Sequenzen von 20 bis 30 Basenpaaren.[2] Dadurch wird eine Nukleinsäure auch bei einzelnen auftretenden Punktmutationen in der Erkennungssequenz noch geschnitten. Sie werden nach ihrem Aufbau in sechs Gruppen unterteilt, bei denen vier verschiedene katalytische Proteinstrukturmotive vorkommen. Diese sechs Gruppen werden nach charakteristischen Aminosäuresequenzen LAGLIDADG, HNH, His-Cys box, GIY-YIG, PD-(D/E)xK oder EDxHD bezeichnet.

Homing-Endonukleasen werden im Zuge eines Proteindesigns gezielt verändert, um ihre Erkennungssequenzen anzupassen.[3]

Einzelnachweise

Gregory K. Taylor, Barry L. Stoddard: Structural, functional and evolutionary relationships between homing endonucleases and proteins from their host organisms. In: Nucleic acids research. Band 40, Nr. 12, Juli 2012, S. 5189–5200, doi:10.1093/nar/gks226, PMID 22406833, PMC 3384342 (freier Volltext).
Barry L. Stoddard: Homing endonucleases: from microbial genetic invaders to reagents for targeted DNA modification. In: Structure (London, England: 1993). Band 19, Nr. 1, 12. Januar 2011, S. 7–15, doi:10.1016/j.str.2010.12.003, PMID 21220111, PMC 3038549 (freier Volltext).
Mohamed Hafez, Georg Hausner: Homing endonucleases: DNA scissors on a mission. In: Genome / National Research Council Canada = Génome / Conseil national de recherches Canada. Band 55, Nr. 8, August 2012, S. 553–569, doi:10.1139/g2012-049, PMID 22891613 (PDF).

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[1] Gregory K. Taylor, Barry L. Stoddard: Structural, functional and evolutionary relationships between homing endonucleases and proteins from their host organisms. In: Nucleic acids research. Band 40, Nr. 12, Juli 2012, S. 5189–5200, doi:10.1093/nar/gks226, PMID 22406833, PMC 3384342 (freier Volltext).

[2] Barry L. Stoddard: Homing endonucleases: from microbial genetic invaders to reagents for targeted DNA modification. In: Structure (London, England: 1993). Band 19, Nr. 1, 12. Januar 2011, S. 7–15, doi:10.1016/j.str.2010.12.003, PMID 21220111, PMC 3038549 (freier Volltext).

[3] Mohamed Hafez, Georg Hausner: Homing endonucleases: DNA scissors on a mission. In: Genome / National Research Council Canada = Génome / Conseil national de recherches Canada. Band 55, Nr. 8, August 2012, S. 553–569, doi:10.1139/g2012-049, PMID 22891613 (PDF).